Nazariy fizika kursi
.2 .4 . Tashqi kuch bajargan ish
Download 132,13 Kb. Pdf ko'rish
|
4 .2 .4 . Tashqi kuch bajargan ish (4.28) Lagranj funksiyasiga m os keluvchi energiya £ ( / ) = — nix2 + — m x2 - xF ( t ) ' 1 2 2 v (4.42) A E = £ ( + “ ) - £ ’( - “ ). (4.43) (4.42) ifodadagi b irin c h i ikki h adni (4.45) (4.44) 1 Kompleks tahlildan m aiu m k i, z = x + iy kompleks son uchun [zp = |.v+/v|2 / i, + iio.Xf = — J d r F (r)^cos((/ - r ) ) J = 1 r (4.46) — exp (icot) d x F ( r ) e x p (-/cor) m J ifodalarga o'taylik. B u y erda tashqi kuch l = —°° vaqt m o m e n t id a n t a ’sir qila boshladi deb olindi. Ikkala fo rm u la birlashtirilsa С ( t ) = exp (icot) ga kelinadi. Bu funksiyaning m oduli \ m = t /'flcoexp(ior) + — d z F (т)ехр(-г'ш т) m J (4.47) |'ясоехр((о:) + — I d i F ( T ) c x p ( - i m J i COT (4.48) U n d a n tashqari, .v = — I m £ ( f ) CO b e lg ila sh d a n h a m fo y d a la n a y lik 1. D e m a k , ta sh q i k uch t o m o n i d a n sistem aga t = — d a n 1 =°° g ac h a uzatilgan energiya A E = E(o°) — E (—°°) = ~ {|C ( - ) f -|C (-°°)|2} - ^ ( 0 i a c o c x p ( i a ) + — Г d x F (т)схр (-У ю т) 2 1 9 2 p ( t ) j — та с о --------- Im f ( / ) m J 2 со (4.49) fo rm u la orqali i f o d a la n a r ek a n . A gar b o s h l a n g 'i c h te b r a n is h l a r b o 'l - m a sa (a = 0 ) va tashqi k u c h t -»±°o d a nolga intilsa b u fo r m u la so ddalashadi: 1 Kompleks son z = x + iy ning haqiqiy va mavhum qismlari x = Re z va у = Jm z deb belgiianadi. 89 A F J d t F ( т ) с х р ( —/сот) (4 .50) I f v'2 4.2.1-misol. O s s i l l a t o r F ( /) = F0 e x p ( - r / г 2 ) kuch ta’sirida t = —» dan / = 0 0 gacha q ancha energiya olgan? Masalani ikki h oida k o ‘ring: a) t = - ° o da ossillator muvozanat holatida bo'lgan; b) t =-00 da ossillatorning amplitudasi a ga teng b o'lgan. Yechish. a) birinchi h oida ossilla- torin in g b osh lan g'ic h energiyasi nolga 4.4- rasm. Y utilgan energiya grafigi. teng, shu sababli (4 .5 0 ) form ula m asalan ing y e c h i m i n i bevosita beradi Integralni hisoblaylik: J d t F ( ? ) e x p ( —/CO?) = J c f r e x p ( - r /Т" - / « / ) . ^ Integral ostida quyidagi siljish bajaraylik: t - > t — - ICOT' Fit J < / r e x p ( - r /т" -icot'j = Ft) ex p C0'T~ 4 d t e x p ( - t ~ / т : ) = = ^J k F^ z e x p - CQ~T~ (4.52) D em ak, ossillatorga berilgan energiya nF E = 0 2 in T~ exp ( 1 2 \ ftTT (4.53) Olingan natijani tahlil qilaylik. со — sistemaning parametri, u berilgan o'zgarmas son. Tashqi kuchning ifodasidan ko'rinib turibdiki, т — tashqi kuchning noldan sezilarli farq qilish davri. Parametr т vaqt o'lchamligiga 90 ega, demak, cox — o'lcham siz parametr. Bu parametrni Q)X=f3 deb belgilansa berilgan energiya E = izF02 13' exp Г (4.54) ko'rinishga keltiriladi. Bu funksiyaning grafigi 4.4 -rasm da ko'rsatilgan. Oydinki, ( 3 «: I va / ? » 1 bo'lganda ( y a ’ni, qisqa vaqtli zarba yoki, tashqi kuch sekin paydo bo'lib sekin y o ‘q bo'lsa) ossillatorga berilgan energiya kam bo'ladi, ( 3 - 4 2 (r = J 2 / c o j bo'lgnada esa ossillatorga berilgan energiya maksimal bo'ladi: E ^max n F t: mCO'e b) Bu holda ossillatorining boshlang'ich energiyasi bor. (4.49) formu- ladagi oxirgi had bo'lmaydi holos, chunki f — da F ( ? ) —» 0 bo'ladi. Intcgraini hisobiash masalamizning a) qismida ko'rsatilgan, natija: ДЕ = - nF.: /aftjexp(ta) + — j dxF (x)cxp(-ia>T) J -X exp CO'X - uO)\Jк Fnx exp V CO T~ 4 (4.55) sin a. [kkinchi hadning oldida minus ishorasi turibdi, sistema energiya oladimi yoki y o 'q o ta d in ii s i n a ning ishorasiga b og'liq , bu yerda a tashqi kuch bo'lmaganda ossillatorining t = 0 m omentidagi fazasi edi. Agar n < a < 2 n bo'lsa aniqki, ossillatori enrgiya yutadi, 0 < a < k holda esa energiya yo'qotishi mum kin. B a’zi bir hollarda ossillator atomda harakat qilayotgan elektronning klassik modeli sifatida ishlatiladi, tashqi kuch ta’sirida atom enrgiyani yutishi yoki nurlanish orqali uni yo'qotishi mumkin. Bizning holim izda bu elekt ronning boshlang'ich fazasiga bog'liq ekan. 4 .3 . S o ‘nuvchi tebranishlar S h u p ay tg ac h a tashqi m u h itn in g sistem aga t a ’sirini hisobga o lm ay kelingan edi. Sistem a biror tashqi m u h itd a harakat qilsa u shu m uh itn in g m o le k u l a la r i bilan t o 'q n a s h i s h i n a tija s id a o ‘z en e rg iy sin i y o 'q o t a 91 boshlaydi. M o le k u la r o ‘za ro t a ’sirni hisobga o lg an b u n d a y h a r a k a tn in g t o 'l i q nazariyasi m u rak k a b b o 'lib u m e x a n ik a fa n in in g vazifasi em as. A m m o agar jis m tezligi k ichik b o 'lsa, m u h i tn i n g t a ’sirini ishqalanish k u ch i sifatida h a ra k a t tenglam asiga kiritish m u m k i n y a ’ni, m a sa la n i m e x a n ik m asalaga aylantirish m u m k in . B u n d a y ishqalanish k u c h i jis m tezligiga p ro p o rsio n a l b o 'lish i kerak, c h u n k i tezlik n olga te n g b o 'lg a n d a ishqalanish kuchi h a m y o 'q bo'Iadi. K ich ik tezliklar h a q id a gap ketay o t- g a n in i h isobga olib, bu k u c h tezlikning b irin c h i darajasiga p ro p o r sio n a l deb olinadi: M i n u s ishora k u c h h a ra k a t tezligiga qarshi y o 'n a lg a n in i k o 'rsa ta d i. D e m a k , b u h olda, h arak at teng lam asi k o 'rin ish g a ega. Q uyidagi a f i = k / m , 2 y = a / m belgilashlar kiritib bu te n g la m a / = - a x . (4.56) m'x = —t v - a.x (4.57) x + 2 y x + x = 0 k o 'rin is h g a keltirib olinadi. Bu te n g la m a n in g y ec h im i x = e x p ( tr ) k o 'r in i s h d a qidiriladi. к u c h u n ten g lam a: к ~ + 2 у к + с о = 0. T e n g la m a n in g ikkita y e c h im i bor: (4.58) (4.59) (4.60) *i = - y + \ / y 2 - ^ 2- *2 = - 7 - \ Т 2 - ^ 2. (4.61) K o 'r i n ib turibdiki, u c h xil hoi u c h r a sh i m u m k in : 1 - a t f > y 2 ; л 2 2 • 2 - щ} < у , 1 2 -> Щ = У ■ B irinchi h o ld a a f i - y 2 - co2 deb belgilansa k L2 = —y ± ICO (4.62) ga kelinadi, bu degani, (4.58) n in g y ec h im i 92 х = a e x p ( - y / ) c o s ( c ® + (4 .6 3 ) k o ‘rinishga ega b o i a d i , B u y e c h im davriy y e c h im em as, u so ‘nuvchi tebranishlarga m os keladi. U n i n g grafigi 4 .5 -a ra s m d a ko'rsatilgan. Ikkinchi holga o'taylik. B u h o id a (4.61) dagi ildiz haqiqiy son b o i a d i , u m u m iy yec him B unday yechim so'nishning o'zini beradi. U n ing grafigi 4.5-b rasinda ko'rsatilgan. U c h in c h i holga kelaylik. Bu h oida xarakteristik ten g la m a n in g ildiz- lari karralidir. U m u m i y nazariya b o 'y i c h a yechim k o ‘rinishga ega bo'ladi. Agar teb ra n ish quyidagi b o s h la n g 'ic h shartlarga bo'ysunsa: ,v( 0 ) = 0 , j ( 0 ) = u , , x = v t exp ( - y t ) b o 'la d i, b u funksiyaning grafigi 4 .5 -d rasm da ko'rsatilgan. Ishqa la nish b o r b o i g a n i u c h u n energiyaning saqlanishi h a q id a gap bo'lishi m u m k in em as. (4.58) te n g la m a n i mx ga k o 'paytirib uni k o 'rin is h g a keltirib olinadi. Bu m u n o s a b a t esa (4.12) ni k o 'z d a tutgan h o id a ossillator t o m o n id a n energiya y o 'q o tis h tezligi u c h u n f o r m u l a n i b e r a d i . F iz ik s i s t e m a n i n g e n e r g i y a y o ‘q o t i s h i m u h i m a) h) d) 4.5- rasm. S o ‘nuvchi tebranishlar. (4.64) x = ( q + t 2f ) e x p ( - y / ) (4.65) (4.66) (4.67) 93 t u s h u n c h a b o i g a n i u c h u n uni dissipativ funksiya deyiladigan va F = ^ a k 2 (4.68) k o 'rin is h g a ega b o i g a n funksiya orqali ifodalash qabul qilingan. B u h o id a a w a lg i te n g la m a -Jt E = ~2F (4.69) k o 'r in is h n i oladi. Y a ’ni, dissipativ funksiya siste m an in g vaqt birligi ichidagi energiyasining dissipatsiyasini bildirar ekan. Bu h o id a (4.57) h a r a k a t tenglam asini d ?,L d l Э F T 7 - 7 = ' T (4-70) at d x d x ox k o ‘rin ish d a h a m yozib olish m u m k in . O d a t d a . e n e rg iy a y o 'q o t i s h i n i n g b ir «davr» 7 = 2 л / ю () ich id ag i o i t a c h a qiymati qiziqadi b o i a d i . Bu kattalikni hisoblash u c h u n birinchi holga m u ro ja a t qilinadi va y « aj1 (ishqalanish j u d a kichik) deb olinadi. Bu h oida л(/) - curY' sin ( a y + va d E - i — = - а л ' - - а а ' щ ] с '• s i n ' (co0f + w ) dt b o i a d i . Quyidagi kattalik ishqalanish quvvati deyiladi: 2 /r/oii, ,, ( 2л7шц ^ , n o\, f dE a a ’ o f __2 , , c u r щ] ' ^ J Л л * " З Г 1 J ^ ' « - ( « W r t — - F s-'-'-( 4 . 71 ) 0 0 Integralning qiymati T=2n/iou davr ichida energiyaning o'zgarishiga teng, uni T ga b o i i n s a , bir davr ichidagi y o ‘qot.ilgan energiya kelib chiqadi. Integralni hisoblaganda y « o.){) ni hisobga olib integral ostidan e x p ( - 2 ^ ) ni chiqarib tashladik K.o‘rilayotgan y aq in lash u v d a energiya u c h u n E ^ т с г щ е Г 77' ifoda o l i n a d i ( ( 4 . 12) form ulada a m p litu d a n i « ae~y! ga alm ashtirish yetarli). Y a n a bir m a r ta t a ’kidlab ketavlik. o ssilla to rn in g energiyasi sifatida ( 4 . 1 2 ) ifo d a q a r a l a d i , (4 .6 9 ) i f o d a e n e r g i y a y o ' q o t i s h t e z l i g i g a tegishlidir. B u n d a n foydalanib m u h im b o i g a n o i c h a m s i z bir kattalik kiritaylik: 94 л < E > c q , й>, Q = — y ± = P (4 -72) U n in g n o m i asillik, ossillator energiyasining bir davr ichida ishqa lanish orqali y o 'q o tilg an energiyaga nisbati (chastotaga k o ‘paytirilgan holda) — s o 'n u v c h i te bra nishla rning qav darajada u zoq d av o m etishini xarakterlaydigan kattalik. 4.4. Ishqalanish bo‘lgandagi majburiy tebranishlar I s h q a l a n i s h k u c h i t a ’sir q i l a y o t g a n m u h i t d a t e b r a n a y o t g a n sistem aga tashqi k uch t a ’sir q ilayotgan b o 'ls in . T a sh q i k u c h davriy xarakterga ega b o ’lgan hoi eng qiziq b o 'lg a n i u c h u n sh u h o ln i k o 'r ib chiqaylik: x + IX x + со q .v — — cos ( у/ j . (4.73) in T a sh q i k u c h n i n g k o 'r in i s h i s h u n d a y t a n la b o l in d ik i, u t = 0 vaqt m o m e n t id a noldan boshlab ishga tushsin. T engla m a ga o 'z g a rm a sla rn i variatsiyalash m eto d in i qo'llaym iz. Bir jinsli te n g la m a n in g yechim i -Я + ^'Л-- щ’,\ С~А-,/л--ау; 1 ('4 74'» Хо ( / ) = С, 0Л 1 + C 2 CA 1 ' ’ b o 'lsa, o 'z g a rm a s la r n i variatsiyalash m e to d i (4.73) ning y e c h im in i quyidagi k o 'rin is h d a beradi: f 2 y X s m ( y t ) - ( y 2 - со 2) cos ( y t ) л■(/) = .ч , ( 0 + ~ M 2\2 , ’ <4 -75> [ Y~- ° }o) + 4 ' / Я S hu y e c h im n in g xossalarini tahlil qilaylik. G a p te b ra n ish la r h aq id a ketayotgan ekan X< a>(] deb olam iz. Bir jinsli ten g la m a n in g y ec him i s o 'n is h b o r b o 'lg a n i u c h u n vaqt o 'tis h i b ilan nolga intilib ketadi: jc 0 (0->0, t - > 00 . H a q iq a td a , albatta, t cheksizlikka intilishi shart em as, x() ni tashlab yuborish u c h u n Xt kattaroq son bo'lishi yetarlidir. D e m a k , m a ’lum bir vaqt o 'tg a n id a n keyin y e c h im sifatida f 2yXs\ n(yt )+[ - y2 +co2)cob(yt) x(t) = ~ ----------------------^--------------------• (4.76) ('Г ~щ) ~ +4}'2X2 95 funksiyani olish m u m k in . T e b ra n is h n in g s o 'n m a y d i g a n qism i tashqi k u c h d a n olib tu rilg an energiya hisobiga m avjud b o 'Ia d i. A garda k o ' r i n i s h d a y o z ib o l i s h m u m k i n . B izn i e n g q i z i q t i r a d i g a n hoi - t a s h q i c h a s t o t a A s i s t e m a n i n g xususiy c h a s to t a s i o>w ga y a q i n b o 'i g a n h o ld ir. I s h q a l a n is h k u c h i b o 'l m a g a n h o l d a t e b r a n i s h l a r a m p l i tu d a s i c h e k s i z o ' s a b o s h l a r e d i ( (4 .4 1 ) ga q a r a n g ) . E n d i c h i ? B u s av o lg a j a v o b b e r is h q iy in e m a s — (4 .7 8 ) d a n k o ' r i n i b t u r i b d i k i , t e b r a n i s h a m p l i t u d a s i h a m m a v a q t c h e k l a n g a n va u n i n g m a k s i m a l q i y m a t i h g a t e n g d i r . h u c h u n ifo d a e sa y->coa b o ' l g a n d a h a m c h e k l i l i g i c h a q o l a d i . R e z o n a n s sohasini c h u q u r ro q tahlil qilaylik, b u n in g u c h u n у = + e deb o linadi va £ - > 0 s o h a n i tekshiram iz. U n d a n tash q ari А « а ь deb h a m o la m iz (ishqalanish k uchi kichik b o 'isin ). Bu s o h a d a teb ra n ish a m p litu d a si k o 'r in is h g a keladi. M ajburiy tebranish fazasi tashqi k u c h n i n g fazasiga n is b a ta n «kechikish» xossasiga ega eka n. B u n i q u y id a g ic h a k o 'r is h m um k in . (4.77) d a n k o 'r in ib turibdiki, y — >0 b o 'l g a n d a ( у - ш 0 so h a d a ) 2 y A ( - y 2 + ft >0 ) va / deb belgilab olin sa ( sin 2 8 -fcos 2 8 = 1 ekanligini tekshirish qiyin em as) top ilg a n y e c h im n i x ( t ) = h c o s ( y t + 5 ) (4.78) 2 тщ ^ (4.79) va teb ra n ish fazasi (4.80) e 96 <5 - > « 0 b o ‘ladi. у —>°° (y-> w 0) s° h a d a esa 5 -» —я bo'Iadi. Agar tashqi kuch chastotasi y->o >0 ga intilsa 5 —»—tt / 2 ga intiladi. / (4 .7 8 ) te b r a n y o t g a n m a y a t n i k n i n g en e rg iy asi A o 'z g a r m a s d a n q o lis h i kerak. D e m a k , m a y a t n i k у j t a s h q a r id a n o l a y o tg a n e n e rg iy a n i i s h q a la n is h g a k e t k a z a d i . B ir d a v r b o 'y i c h a o 'r t a l a s h t i r i l g a n 4 6 m Rezonans e n e rg iy a yutilishi in te n s iv h g in i I(y) d e b b elgilab yaqi„ida energiya u n i to p a y lik , u esa e n e rg iy a d issipa tsiya siga tes- yutilishi intensivligi. kari ishora b ila n ten g d ir. (4.69) f o r m u l a b o 'y i c h a I ( y ) = 2F (4.81) b o 'I a d i, b u n d a F — bir d a v r b o 'y i c h a o 'r ta la s h ti r ih s n i bild irad i. Dissipativ funksiya bizning h o lim iz d a F = ^ a x 2 = f a u x 2 = fanx2h2 sin 2 (yf + 5). S inus kvadratining bir davr b o 'y i c h a o 'r ta c h a qiym ati 1/2 ga teng, d em ak I (y) = Amy 2 h2. (4.82) R e z o n a n s g a yaqin so h a d a 7 (£ ) = I " t V (4 -83> 4m e +X E nergiya yutish intensivligining m a k sim u m in i I = - £ - 0 4mA deb belgilab, yuqoridagi form ulani ' ( e W o - ^ r (4-84) £~ + A" k o 'r i n i s h d a y ozib olinadi. O lin g a n fu n k siy a n in g grafigi 4 . 6 - r a s m d a k o 'rsa tilg a n . Bu f o r m u l a d a n /(±A ) = ^ 7 0 ekanligi kelib c h iq a d i, shu s a b a b d a n |e| = A q iy m a t re z o n a n s egri c h iz ig 'in in g y a r im kengligi 7 — N a z a r i y m e x a n i k a 97 d eyiladi. S o ’nish k a m a y g a n sari Я -^O r e z o n a n s g rafigining e h o ' q q i - sim o n lig i o rtib b o ra v e ra d i, a m m o g ra fik n in g ostidagi y u z a o 'z g a r - m ay d i. 4 .5 . K o‘p o ‘lchamIi sistem alardagi tebranishlar 4 .5 .1 . Ikkita bog‘Iangan mayatniklar 4 . 7 - r a s m d a k o ‘rsatilgan siste m a d a g i te b r a n u v c h i h a r a k a t n i o ' r - ganaylik. S is te m a uzunliklari va m assalari /,, m y va /,, /w, b o 'i g a n ikkita m a t e m a t ik m ay atn ik lard a n iborat. U l a r bikirligi к b o 'ig a n p ru jin a orqali b ir-biri bilan b o g ‘langan. T u s h u n a r lik i, agar biro r m a y a tn ik k a tu rtk i bersak ikkinchisi h am t e b r a n a boshlaydi, bu ikki m a y a tn ik o ra sid a o 'z a r o t a ’sir natijasida en e rg iy a n in g b irid a n ikkinchisiga k o 'c h ish i r o 'y berishi kerak. U shbu sistem aning Lagranj funksiyasini topaylik. U m u m iy q o id a b o 'y i c h a L — T, + T-, — (7, —U2 ~U[2. (4.85) b u n d a Tr i = 1 , 2 — m os ravishda tegishli m a y a tn ik n in g kinetik e n e r giyasi, Up i = 1 , 2 — m os ravishda m a y a tn ik n in g potensial energiyasi va Ur — u l a r n i n g o ' z a r o t a ' s i r e n e r g i y a s i . B i r in c h i m a y a t n i k k a tegishli k o o rd in a tla rn i x r y p ik k in c h i m a y a t n i k k a te g is h li k o o r d i n atlarn i esa a%, v, deb belgilaylik (e sim izd a n c hiqarm aylik, x , у — b a r q a r o r m u v o z a n a t h o l a t i d a n ch e tla sh ish larn i bildiradi). M a y a t niklar osilgan iplar b u k ilm a y d ig a n deb qaraladi. Agar ikkala m a y a tn ik b a r q a r o r m u v o z a n a t h o la tid a b o 'l s a , ora d ag i p r u jin a n in g tarangligi nolga t e n g bo'Iadi. Lagranj funksiyasi q u y id ag ich a tuziladi: L -- — m, (.vf + vf ) + ~ '" 2 (.v: + v," j + + n u g y , - ~ k ( x . -- X . ) " . (4.86) B u rc h a k o 'z g aru v ch ilarig a o 't a m i z va kichik te b ra n ish la r h a q id a gap k etay o tg a n in i hisobga olam iz: к L • W/vWAWAVvVA'- j - ;: ' /Д / / , : \ / ' \ / v 4. 7- rasm. Ikkita b o g ia n g a n 5>4> Download 132,13 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2025
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling